cupru este un metal de tranziție care aparține grupului 11 al tabelului periodic și este reprezentat de simbolul chimic Cu. Se caracterizează și se distinge prin faptul că este un metal roșu-portocaliu, foarte ductil și maleabil, fiind, de asemenea, un mare conductor de electricitate și căldură..
În forma sa metalică se găsește ca mineral primar în rocile bazaltice. Între timp, este oxidat în compuși sulfuroși (cei cu o exploatare minieră mai mare), arsenuri, cloruri și carbonați; adică o vastă categorie de minerale.
Dintre mineralele care îl conțin, putem menționa calcocitul, calcopirita, bornita, cupritul, malachitul și azuritul. Cuprul este prezent și în cenușa algelor, a coralilor marini și a artropodelor.
Acest metal are o abundență de 80 ppm în scoarța terestră și o concentrație medie în apă de mare de 2,5 ∙ 10-4 mg / L. În natură apare ca doi izotopi naturali: 63Cu, cu o abundență de 69,15% și 65Cu, cu o abundență de 30,85%.
Există dovezi că cuprul a fost topit în 8000 î.Hr. C. și aliat cu staniu pentru a forma bronz, în 4000 î.Hr. C. Se consideră că doar fierul meteoric și aurul îl preced ca primele metale folosite de om. Este astfel sinonim cu strălucirea arhaică și portocalie în același timp..
Cuprul este utilizat în principal la fabricarea cablurilor pentru conducerea electricității în motoarele electrice. Astfel de cabluri, mici sau mari, alcătuiesc utilaje sau dispozitive în industrie și în viața de zi cu zi..
Cuprul este implicat în lanțul electronic de transport care permite sinteza ATP; principalul compus energetic al ființelor vii. Este un cofactor al superoxidului dismutază: o enzimă care degradează ionul superoxid, un compus foarte toxic pentru ființele vii.
În plus, cuprul joacă un rol în hemocianina în transportul oxigenului în unele arahnide, crustacee și moluște, care este similar cu cel efectuat de fier în hemoglobină.
În ciuda tuturor acțiunilor sale benefice pentru om, atunci când cuprul se acumulează în corpul uman, așa este cazul bolii Wilson, acesta poate provoca ciroză hepatică, tulburări ale creierului și leziuni oculare, printre alte modificări..
Indice articol
Cuprul nativ a fost folosit pentru a produce artefacte ca înlocuitor al pietrei în neolitic, probabil între 9000 și 8000 î.Hr. C. Cuprul este unul dintre primele metale folosite de om, după fierul prezent în meteoriți și aur..
Există dovezi ale utilizării mineritului în obținerea cuprului în anul 5000 î.Hr. C. Deja pentru o dată anterioară, au fost construite articole din cupru; acesta este cazul unui cercel realizat în Irak estimat la 8700 î.Hr. C.
La rândul său, se crede că metalurgia s-a născut în Mesopotamia (acum Irak) în 4000 î.Hr. C., când a fost posibil să se reducă metalul mineralelor prin utilizarea focului și a cărbunelui. Mai târziu, cuprul a fost aliat intenționat cu staniu pentru a produce bronz (4000 î.Hr.).
Unii istorici indică o epocă a cuprului, care ar fi situată cronologic între neolitic și epoca bronzului. Mai târziu, epoca fierului a înlocuit epoca bronzului între 2000 și 1000 î.Hr. C.
Epoca bronzului a început la 4000 de ani de la topirea cuprului. Obiecte de bronz din cultura Vinca datează din 4500 î.Hr. C.; în timp ce în Sumeria și Egipt există obiecte din bronz realizate 3000 de ani î.Hr. C.
Utilizarea carbonului radioactiv a stabilit existența exploatării cuprului în Alderley Edge, Cheshire și Regatul Unit, între anii 2280 și 1890 î.Hr. C.
Se poate observa că Ötzi, „Omul de gheață” cu o dată estimată între 3300 și 3200 î.Hr. C., avea un topor cu un cap de cupru pur.
Romanii din secolul al VI-lea î.Hr. Au folosit bucăți de cupru ca monedă. Iulius Cezar a folosit monede din aliaj de alamă, cupru și zinc. În plus, monedele lui Octavio erau realizate cu un aliaj de cupru, plumb și staniu..
Producția de cupru în Imperiul Roman a ajuns la 150.000 de tone pe an, cifră depășită doar în timpul Revoluției Industriale. Romanii au adus cupru din Cipru, cunoscându-l ca aes Cyprium („metal din Cipru”).
Mai târziu, termenul a degenerat în cuprum: un nume folosit pentru a desemna cuprul până în anul 1530, când a fost introdus termenul rădăcină engleză „cupru”, pentru a desemna metalul..
Marele Munte de Cupru din Suedia, care a funcționat din secolul al X-lea până în 1992, a acoperit 60% din consumul Europei în secolul al XVII-lea. Fabrica La Norddeutsche Affinerie din Hamburg (1876), a fost prima fabrică modernă de galvanizare care a folosit cupru.
Cuprul este un metal roșu portocaliu, în timp ce majoritatea metalelor native sunt gri sau argintiu.
29
63.546 u
1.084,62 ºC
Gazele obișnuite precum oxigenul, azotul, dioxidul de carbon și dioxidul de sulf sunt solubile în cupru topit și afectează proprietățile mecanice și electrice ale metalului atunci când acesta se solidifică..
2.562 ºC
- 8,96 g / ml la temperatura camerei.
- 8,02 g / ml la punctul de topire (lichid).
Rețineți că nu există o scădere considerabilă a densității între faza solidă și cea lichidă; ambele reprezintă materiale foarte dense.
13,26 kJ / mol.
300 kJ / mol.
24,44 J / (mol ∙ K).
16,5 µm / (m ∙ K) la 25 ° C.
401 W / (m ∙ K).
16,78 Ω ∙ m la 20 ° C.
59,6 ∙ 106 Voi.
Cuprul are o conducție electrică foarte mare, depășită doar de argint..
3.0.
Prin urmare, este un metal moale și, de asemenea, destul de ductil. Rezistența și rezistența sunt crescute prin lucrul la rece datorită formării cristalelor alungite cu aceeași structură cubică centrată pe față prezentă în cupru..
Cuprul nu reacționează cu apa, dar reacționează cu oxigenul atmosferic, fiind acoperit cu un strat de oxid negru-maro care asigură protecție împotriva coroziunii straturilor subiacente ale metalului:
2Cu (s) + ODouă(g) → 2CuO
Cuprul nu este solubil în acizi diluați, totuși reacționează cu acizi sulfurici și nitrici fierbinți și concentrați. De asemenea, este solubil în amoniac în soluție apoasă și în cianură de potasiu.
Poate rezista acțiunii aerului atmosferic și a apei de mare. Cu toate acestea, expunerea sa prelungită are ca rezultat formarea unui strat protector subțire de culoare verde (patină).
Stratul anterior este un amestec de carbonat și sulfat de cupru, observat în clădiri vechi sau sculpturi, cum ar fi Statuia Libertății din New York.
Cuprul reacționează încălzit la roșu cu oxigen pentru a da oxid cupric (CuO) și la temperaturi mai ridicate formează oxid cupros (CuDouăSAU). De asemenea, reacționează la cald cu sulf pentru a produce sulfură de cupru; prin urmare, se aburesc atunci când sunt expuși unor compuși ai sulfului.
Cuprul I arde cu flacără albastră într-un test de flacără; în timp ce cuprul II emite o flacără verde.
Cristalele de cupru cristalizează în structura cubică centrată pe față (fcc). fata centrata cubic). În acest cristal fcc, atomii de Cu rămân atașați datorită legăturii metalice, care este relativ mai slabă decât alte metale de tranziție; un fapt manifestat prin ductilitatea sa mare și punctul de topire scăzut (1084 ° C).
Conform configurației electronice:
[Ar] 3d10 4s1
Toți orbitalii 3d sunt plini de electroni, în timp ce există un loc liber în orbitalul 4s. Aceasta înseamnă că orbitalii 3d nu colaborează în legătura metalică așa cum ne-am aștepta de la alte metale. Astfel, atomii de Cu de-a lungul cristalului se suprapun peste orbitalii lor de 4s pentru a crea benzi, influențând forța relativ slabă a interacțiunilor lor..
De fapt, diferența energetică rezultată între electronii orbitali 3d (complet) și 4s (pe jumătate) este responsabilă de cristalele de cupru care absorb fotonii din spectrul vizibil, reflectând culoarea lor portocalie distinctă..
Cristalele de cupru fcc pot avea dimensiuni diferite, care, cu cât sunt mai mici, cu atât va fi mai puternică piesa de metal. Când sunt foarte mici, atunci vorbim de nanoparticule, sensibile la oxidare și rezervate pentru aplicații selective..
Primul număr sau starea de oxidare care se poate aștepta la cupru este +1, datorită pierderii electronului din orbitalul său de 4s. Când îl aveți într-un compus, se presupune existența cationului Cu+ (denumit în mod obișnuit ion cupros).
Acesta și numărul de oxidare +2 (CuDouă+) sunt cele mai cunoscute și mai abundente pentru cupru; în general, sunt singurele predate la nivelul liceului. Cu toate acestea, există și numere de oxidare +3 (Cu3+) și +4 (Cu4+), care nu sunt la fel de rare pe cât ai putea crede la prima vedere.
De exemplu, sărurile anionului cuprat, CuODouă-, reprezintă compuși cu cupru (III) sau +3; acesta este cazul cupratului de potasiu, KCuODouă (K+Cu3+SAUDouăDouă-).
Cuprul, deși într-o măsură mai mică și în ocazii foarte rare, poate avea un număr de oxidare negativ: -2 (CuDouă-).
Mineralele cele mai utilizate pentru extracția cuprului sunt sulfurile metalice, în principal calcopirita (CuFeSDouă) și bornită (Cu5FeS4). Aceste minerale contribuie cu 50% din cuprul total extras. Calellite (CuS) și calcocit (CuDouăS).
Inițial rocile sunt zdrobite pentru a obține fragmente stâncoase de 1,2 cm. Apoi continuă cu măcinarea fragmentelor de rocă, până la obținerea particulelor de 0,18 mm. Se adaugă apă și reactivi pentru a obține o pastă, care este apoi plutită pentru a obține un concentrat de cupru..
În această etapă, se formează bule care captează mineralele de cupru și sulf care sunt prezente în celuloză. Mai multe procese sunt efectuate pentru a colecta spuma, uscând-o pentru a obține concentratul care continuă purificarea sa.
Pentru a separa cuprul de alte metale și impurități, concentratul uscat este supus la temperaturi ridicate în cuptoare speciale. Cuprul rafinat cu foc (RAF) este turnat în plăci cu o greutate de aproximativ 225 kg care vor constitui anodi..
Electroliza este utilizată la rafinarea cuprului. Anodii din topitorie sunt transportați în celule electrolitice pentru rafinare. Cuprul se deplasează către catod și impuritățile se așează la fundul celulelor. În acest proces se obțin catoduri de cupru cu 99,99% puritate.
Bronzul este un aliaj de cupru și staniu, cuprul constituind între 80 și 97% din acesta. A fost folosit la fabricarea armelor și ustensilelor. În prezent este utilizat la fabricarea pieselor mecanice rezistente la frecare și coroziune.
În plus, este utilizat în construcția de instrumente muzicale, cum ar fi clopote, gonguri, cinale, saxofoane și corzi de harpe, chitare și pian..
Alama este un aliaj de cupru și zinc. În albiile industriale procentul de zinc este mai mic de 50%. Se folosește la elaborarea containerelor și a structurilor metalice.
Aliajul Monel este un aliaj de nichel-cupru, cu un raport 2: 1 dintre nichel și cupru. Este rezistent la coroziune și este utilizat în schimbătoare de căldură, tije și arcuri de lentile.
Constatan este un aliaj format din 55% cupru și 45% nichel. Se folosește la fabricarea de monede și se caracterizează printr-o rezistență constantă. De asemenea, aliajul cupro-nichel este utilizat pentru acoperirea exterioară a monedelor cu valoare mică..
Aliajul cupru-beriliu are un procent de beriliu de 2%. Acest aliaj combină rezistența, rezistența, conductivitatea electrică și rezistența la coroziune. Aliajul este utilizat în mod obișnuit în conectorii electrici, produsele de telecomunicații, componentele computerului și arcurile mici..
Uneltele precum cheile, șurubelnițele și ciocanele utilizate pe platformele petroliere și minele de cărbune au inițialele BeCu ca garanție că nu produc scântei..
Argintul aliaj 90% și cuprul 10% au fost utilizate în monede, până în 1965 când utilizarea argintului a fost eliminată în toate monedele, cu excepția monedei de jumătate de dolar.
Aliajul de aluminiu de cupru 7% are culoarea aurie și este utilizat în decor. Între timp, Shakudo este un aliaj decorativ japonez de cupru și aur, într-un procent redus (4-10%).
Cuprul datorită conductiunii sale electrice ridicate și costului redus este metalul ales pentru utilizarea în cablurile electrice. Cablul de cupru este utilizat în diferitele etape ale energiei electrice, cum ar fi generarea, transportul, distribuția etc..
50% din cuprul produs în lume este utilizat la fabricarea cablurilor și firelor electrice, datorită conductivității sale electrice ridicate, ușurinței de formare a firelor (ductilitate), rezistenței la deformare și coroziune.
Cuprul este, de asemenea, utilizat la fabricarea circuitelor integrate și a plăcilor de circuite imprimate. Metalul este utilizat în radiatoare și schimbătoare de căldură datorită conducerii sale termice ridicate, care facilitează disiparea căldurii..
Cuprul se folosește în electro-magneți, tuburi de vid, tuburi cu raze catodice și magnetere în cuptoarele cu microunde..
De asemenea, este utilizat în construcția bobinelor motoarelor electrice și a sistemelor care pun motoarele în funcțiune, aceste articole reprezentând aproximativ 40% din consumul mondial de energie electrică.
Cuprul, datorită rezistenței sale la coroziune și acțiunii aerului atmosferic, a fost folosit de mult timp în acoperișurile casei, burlane, cupole, uși, ferestre etc..
În prezent este utilizat în placări de perete și articole decorative, cum ar fi corpurile de baie, mânerele ușilor și lămpile. În plus, este utilizat în produsele antimicrobiene.
Cuprul previne creșterea multor forme de viață deasupra acestuia. A fost folosit în foi care au fost așezate pe fundul corpurilor navelor pentru a preveni creșterea moluștelor, cum ar fi midiile, precum și a balanelor..
Vopselele pe bază de cupru sunt utilizate în prezent pentru protecția menționată mai sus a corpurilor navei. Cuprul metalic poate neutraliza numeroase bacterii la contact.
Mecanismul său de acțiune a fost studiat pe baza proprietăților sale ionice, corozive și fizice. Concluzia a fost că comportamentul oxidant al cuprului, împreună cu proprietățile de solubilitate ale oxizilor săi, sunt factorii care fac ca cuprul metalic să fie antibacterian..
Cuprul metalic acționează asupra unor tulpini de E coli, S. aureus Da Clostridium difficile, virusuri din grupa A, adenovirusuri și ciuperci. Prin urmare, a fost planificată utilizarea aliajelor de cupru care sunt în contact cu mâinile pasagerilor în diferite mijloace de transport..
Acțiunea antimicrobiană a cuprului este consolidată și mai mult atunci când sunt utilizate nanoparticulele sale, care s-au dovedit utile pentru tratamentele endodontice.
De asemenea, nanoparticulele de cupru sunt adsorbanți excelenți și, deoarece sunt portocalii, o modificare a culorii în ele reprezintă o metodă colorimetrică latentă; de exemplu, dezvoltat pentru detectarea pesticidelor ditiocarbamați.
Cuprul este un element esențial pentru viață. Este implicat în lanțul de transport electronic, făcând parte din complexul IV. În acest complex se realizează ultima etapă a lanțului electronic de transport: reducerea moleculei de oxigen pentru a forma apă.
Complexul IV este format din două grupuri pe care le avem, un citocrom a, un citocrom a3, precum și două centre Cu; unul numit CuA și celălalt CuB. Citocrom a3 și CuB formează un centru binuclear, în care are loc reducerea oxigenului în apă.
În această etapă, Cu trece de la starea sa de oxidare +1 la +2, dând electroni moleculei de oxigen. Lanțul electronic de transport folosește NADH și FADHDouă, provenind din ciclul Krebs, ca donatori de electroni, cu care creează un gradient electrochimic de hidrogen.
Acest gradient servește ca sursă de energie pentru generarea de ATP, într-un proces cunoscut sub numele de fosforilare oxidativă. Deci și, în cele din urmă, prezența cuprului este necesară pentru producerea de ATP în celulele eucariote..
Cuprul face parte din enzima superoxid dismutază, o enzimă care catalizează descompunerea ionului superoxid (ODouă-), un compus toxic pentru ființele vii.
Superoxidul dismutază catalizează descompunerea ionului superoxid pentru a deveni oxigen și / sau peroxid de hidrogen.
Superoxidul dismutază poate utiliza reducerea cuprului pentru a oxida superoxidul la oxigen sau poate provoca oxidarea cuprului pentru a forma peroxid de hidrogen din superoxid.
Hemocianina este o proteină prezentă în sângele unor arahnide, crustacee și moluște. Îndeplinește o funcție similară cu hemoglobina la aceste animale, dar în loc să aibă fier la locul transportului de oxigen, are cupru.
Hemocianina are doi atomi de cupru în situl său activ. Din acest motiv, culoarea hemocianinei este albastru-verde. Centrii metalici de cupru nu sunt în contact direct, dar au o locație apropiată. Molecula de oxigen este intercalată între cei doi atomi de cupru.
Corpul uman conține între 1,4 și 2,1 mg de Cu / kg de greutate corporală. Cuprul este absorbit în intestinul subțire și este apoi transportat în ficat împreună cu albumina. De acolo, cuprul este transportat către restul corpului uman împreună cu proteina plasmatică ceruloplasmină..
Excesul de cupru este excretat prin bilă. Cu toate acestea, în unele cazuri, așa cum se întâmplă în boala Wilson, cuprul se acumulează în organism, manifestând efecte toxice ale metalului care afectează sistemul nervos, rinichii și ochii..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.